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CN1770238A - 与等离子体腔室连接的固定的阻抗变换网络的装置和方法 - Google Patents

与等离子体腔室连接的固定的阻抗变换网络的装置和方法 Download PDF

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CN1770238A CNA2005101132615A CN200510113261A CN1770238A CN 1770238 A CN1770238 A CN 1770238A CN A2005101132615 A CNA2005101132615 A CN A2005101132615A CN 200510113261 A CN200510113261 A CN 200510113261A CN 1770238 A CN1770238 A CN 1770238A
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Abstract

在某个实施例中，提供用于驱动等离子体腔室的固定的阻抗变换网络的装置包括：适合于在有源RF匹配网络和与等离子体腔室相关的等离子体腔室负载之间连接的预匹配网络。该预匹配网络包括：(1)第一电容性元件；(2)与第一电容性元件并联以形成并联电路的电感性元件，其呈现步进阻抗到有源RF匹配网络的输出以使所需的驱动等离子体腔室负载的电压减小；和(3)连接并联电路和适合于连接等离子体腔室负载的第二电容性元件。第二电容性的元件减小或消除了对应于与等离子体腔室负载相关的电感的至少部分电抗。提供了多个其它的实施例。

Description

与等离子体腔室连接的固定的阻抗变换网络的装置和方法
本申请要求2004年7月12日申请的，标题为“APPARATUS ANDMETHODS FOR A LOW INDUCTANCE PLASMA CHAMBER AND/OR AFIXED IMPEDANCE TRANSFORMATION NETWORK FOR USE INCONNECTION WITH THE SAME”的U.S.临时专利申请序号为No.60/587,195的优先权，其在此合并完全引用。
技术领域
本发明涉及电子器件制造，尤其是用于与等离子体腔室连接的固定的阻抗变换网络的装置和方法。
背景技术
等离子体腔室典型地用于处理衬底，例如半导体晶片、玻璃板、聚合物衬底等。等离子体腔室可包含导电元件，当被射频(RF)信号激发时，该导电元件具有电感器的性质，例如线圈或扼流器和/或具有电容的性质。当被RF信号驱动时，这些“有效”的电感和/或“有效”的电容在等离子体腔室和其组件限定的电路中产生电抗分量。这些电抗分量基本上能增加与等离子体腔室相关的电阻抗和驱动所需的电压量。结果，等离子体腔室会是无效的和出现可靠性问题。
发明内容
在本发明的某个实施例中，提供用于驱动等离子体腔室的固定的阻抗变换网络的装置包括：适合于在有源RF匹配网络和与等离子体腔室相关的等离子体腔室负载之间连接的预匹配网络。预匹配网络包括(1)第一电容性元件；(2)与第一电容性元件并联连接以形成并联电路的电感性元件，并联电路给出有源RF匹配网络的输出的增加阻抗以使所需的驱动等离子体腔室负载的电压减小；(3)连接到并联电路和适合连接等离子体腔室负载的第二电容性元件。第二电容性元件至少部分减小或消除对应于与等离子体腔室负载相关的电感的电抗。
在本发明的某个实施例中，提供用于驱动等离子体腔室的固定的阻抗变换网络的方法包括(1)在有源RF匹配网络和与等离子体腔室相关的等离子体腔室负载之间连接预匹配网络；(2)用预匹配网络的第一电路元件部分地减小和/或消除等离子体腔室负载的电抗；(3)用预匹配网络的第二电路元件逐步增加由有源RF匹配网络的输出引起的(seen)阻抗。
在某个实施例中，用于提供用于驱动等离子体腔室的固定的阻抗变换网络的装置包括适应于在有源RF匹配网络和与等离子体腔室相关的等离子体腔室负载之间连接的预匹配网络。预匹配网络适合于(1)至少部分地减小或消除了对应于与等离子体腔室负载相关的电感的电抗；(2)对有源RF匹配网络的输出呈现步进阻抗，以使所需的驱动等离子体腔室负载的电压减小。提供多个其它方面。
从以下的详细描述、附加权利要求和附图，本发明的其它的特征和方面将变得更显而易见。
附图说明
图1说明本发明的示范性实施例，其提供了阻抗变换网络或用于连接用于驱动等离子体腔室的有源RF匹配网络的预匹配网络。
图2说明根据本发明提供的集成的有源RF匹配/预匹配网络的示范性实施例。
图3说明根据本发明提供的第一示范性等离子体处理系统。
图4说明根据本发明提供的第二示范性等离子体处理系统。
图5说明根据本发明提供的第三示范性等离子体处理系统。
具体实施方式
本发明提供了固定的阻抗变换网络或用于连接有源RF匹配网络和等离子体腔室的预匹配网络，以使(1)增加通过有源RF匹配网络的输出引起的阻抗；和/或(2)减小所需的驱动等离子体腔室的电压或功率。
根据本发明预匹配网络可以用来减小等离子体腔室负载的电抗分量，以减小在驱动等离子体腔室所需的电压和电流之间的相角和增加网络的功率系数，因此导致驱动等离子体腔室负载所需电压的减小。本发明的预匹配网络也可用于呈现在有源RF匹配网络的输出中被引起的高或“步进”阻抗。结果，有源RF匹配电路可在低电压下驱动等离子体腔室负载。这导致有源RF匹配网络的运行更有效和可靠，且有源RF匹配网络的所需运行范围可以被减小。
图1说明了根据本发明的示范性固定组件阻抗变换网络或预匹配网络。参考图1，通常用参考数字300代表的本发明的装置包括RF信号产生器302、RF传输线304和有源RF匹配网络306。通过RF传输线304将由RF信号产生器302产生的RF信号传输到有源RF匹配网络306。
RF信号产生器302可为适应于给等离子体腔室负载提供RF信号的任何适合的RF信号产生器。有源RF匹配网络306可为适合于为与由本发明的装置300驱动的等离子体腔室有关的等离子体腔室负载320提供阻抗匹配的任何有源电路。下文参考附图2说明示范性有源RF匹配网络，尽管可以使用任何适合的有源RF匹配网络。
装置300还包括预匹配网络308，该预匹配网络包括所示的与电感的元件(例如，电感312)并联的第一电容性元件(例如，第一电容310)，在图1的实施例中该电感的元件是抽头的扼流器。在另一个实施例中电感312是线圈。
显示的与电容310/电感312电路串联的第二电容性的元件(例如，第二电容314)，且是预匹配网络308的输出电容。电容310的电容值和电感312的电感值可选择为与提供的所需阻抗匹配装置300或同样的组件(如下面进一步描述的)一致的任何适合的值。
装置300还包括电感316，该电感是与预匹配网络308连接的等离子体腔室(参看，例如，图3)的等离子体负载320的“有效的”电感和等离子体腔室负载的320的“有效”电阻318。如所示电感316和电阻318与预匹配网络308的输出串联。
等离子体腔室负载320可是与任何等离子体腔室相关的使用具有该等离子体腔室的装置300的负载。在另一个实施例中，等离子体腔室负载320可以是任何集总的组件等离子体腔室负载。
等离子体腔室负载320的“有效”阻抗包括在操作和同样使用期间在等离子体腔室中形成的各自等离子体群的阻抗和/或各自等离子体腔室的任何组件的其它阻抗。
作为例子，等离子体腔室的尺寸(未示出)可导致“有效的”电感或具有约12-15欧姆(电感性的)的电感性电抗的电感316的值和“有效”电阻或电阻318的值约0.3-2.0欧姆，如前面所述的合并U.S.2004年7月12日申请的专利申请序号为No.60/587,195。在该实施例中，尽管可以使用其它值，但第一电容310可具有约200皮法的电容量，电感312可具有约0.729微亨的电感量和第二电容314可具有约1250的电容量。
预匹配网络308可被用于减小有源RF匹配网络306输出的电压和电流。例如，当通过施加从有源RF匹配网络306提供的RF信号时，第二电容314产生容抗，该容抗起到部分消除或减小由等离子体负载320的电感316产生的感抗的作用。等离子体负载部件感抗的减小导致用于驱动等离子体腔室负载320的电压和电流之间的相角θ的减小和提供增加功率因素，或电压和电流之间θ的余弦值，该余弦值是必须的以驱动或向各自的等离子体腔室负载320供电。
预匹配网络308也可用于增加通过有源RF匹配网络引起的负载的阻抗，以便将相同使变换为“改进的”负载(例如，通过第一电容310和电感312的平行配合。
在示范性实施例中，选择第一电容310以使其与电感312以选择的工作频率产生共振。在示范性实施例中选择的工作频率是或大约是13.56MHz，第一电容310和电感312的平行配合可呈现高的或“步进的”阻抗到有源RF匹配网络306的输出。引起的在有源RF匹配网络306输出的高的或“步进”的阻抗起到减小所需驱动各自的等离子体腔室负载320的电压量的作用。驱动各自的等离子体腔室负载320所需电压的减少提供了有源RF匹配网络306的更有效和可靠的工作。
在实施例中，预匹配网络308的部件(例如，第一电容310、第二电容314和/或电感312)能被选择以提供步进比率大约为3∶1的阻抗。在另一个实施例中，预匹配网络308的部件能被选择以提供步进比率大约为4∶1的阻抗。例如，电感312可放大阻抗的有效部分(通过抽头的定位)和第二电容314可防止阻抗的虚数部分变得太高。在该方式，预匹配网络308可将由有源RF匹配网络306引起的阻抗放置在适合有源RF匹配网络306工作的正常的或预期的范围之内。
前面的描述仅公开了发明的示范性实施例。落入本发明的范围的上述公开装置和方法的修改对于本领域的技术人员是显而易见的。例如，在另一个示范性实施例中，设计有源RF匹配网络306以使预匹配网络308的部件一起集成或同样的集成到一起。
图2说明集成的有源RF匹配/预匹配网络322的上述示范性实施例。集成的匹配网络322包括所示的连接到预匹配网络308的有源RF匹配网络306。在图2的示范性实施例中，有源RF匹配网络306包括可调的旁路电容324和可调的串联电容326。控制器328连接到每个可调电容324、326且可周期的抽样通过有源RF匹配网络306(例如，在点330)引起的负载阻抗以及基于负载阻抗的变化调整可调电容324、326。例如，控制器328可每秒十次调整改变负载阻抗，或以一些其它的时间间隔。因为有源RF匹配网络306可具有工作的有限范围，预匹配网络308可被应用于在有源RF匹配网络306的工作范围内设置负载阻抗。
图3说明根据本发明提供的第一示范性等离子体处理系统350。参考图3，第一处理系统350包括：包括以预定距离离开衬底支架356设置的喷头354的等离子体腔室352。衬底支架356在等离子体腔室352内处理期间适应于支持衬底S。通过RF功率源358和经过使用的有源RF匹配网络306和预匹配网络308(前面描述的)将RF功率传送到等离子体腔室352。RF外壳箱360，例如法拉第氏罩，可被应用以阻止在RF功率传送到等离子体腔室352(例如，在某个实施例中20-25KW，尽管可以使用其它的功率范围)期间不希望的辐射的分散。
通过适合的气体流到等离子体腔室352内(通过喷头354)和通过经RF功率源358，有源RF匹配网络306和预匹配网络308将RF功率传送到喷头354在等离子体腔室352内产生等离子体。在图3所示的实施例中，预匹配网络位于RF外壳箱360之内。很清楚，可以另外的设置预匹配网络308。例如，图4说明根据本发明提供的第二示范性等离子体处理系统370，其中预匹配网络308位于等离子体腔室352之内。图5说明根据本发明提供的第三示范性等离子体处理系统380，其中预匹配网络308位于等离子体腔室352之内或与有源RF匹配网络306集成。
因此，当公开了与实施例有关系的本发明时，很清楚其它的实施例可落入本发明的精神和范围，如通过下面的权利要求所限定的。

Claims (37)

1、一种提供用于驱动等离子体腔室的固定的阻抗变换网络的装置，包括：
适合于在有源RF匹配网络和与等离子体腔室相关的等离子体腔室负载之间连接的预匹配网络，其中预匹配网络包括：
第一电容性元件；
与第一电容性元件并联以形成并联电路的电感性元件，其对有源RF匹配网络的输出呈现步进阻抗，以使所需的驱动等离子体腔室负载的电压减小；和
连接并联电路和适合于连接等离子体腔室负载的第二电容性元件，其中第二电容性元件至少部分减小或消除了对应于与等离子体腔室负载相关的电感。
2、如权利要求1的装置，其中第一电容性元件和第二电容性元件中至少一个包括电容。
3、如权利要求1的装置，其中电感性元件包括线圈。
4、如权利要求1的装置，其中电感性元件包括抽头扼流器。
5、如权利要求1的装置，其中预匹配网络提供约为3∶1阻抗步进比。
6、如权利要求1的装置，其中预匹配网络提供约为4∶1阻抗步进比。
7、如权利要求1的装置，其中预匹配网络与有源RF匹配网络集成或集成到有源RF匹配网络上。
8、如权利要求1的装置，其中预匹配网络与等离子体腔室集成或集成到等离子体腔室上
9、如权利要求1的装置，其中预匹配网络与和等离子体腔室有关的RF传送箱集成或集成到RF传送箱上。
10、一种提供用于驱动等离子体腔室的固定的阻抗变换网络的方法，包括：
在有源RF匹配网络和与等离子体腔室相关的等离子体腔室负载之间连接预匹配网络；
用预匹配网络的第一电路元件部分地减小和/或消除等离子体腔室负载的电抗；和
通过具有预匹配网络的第二电路元件的有源RF匹配网络的输出引起阻抗的步进。
11、如权利要求10的方法，进一步包括：
将预匹配网络与有源RF匹配网络集成或将预匹配网络集成到有源RF匹配网络上。
12、如权利要求10的方法，进一步包括：
将预匹配网络与等离子体腔室集成或将预匹配网络集成到等离子体腔室上。
13、如权利要求10的方法，进一步包括：
将预匹配网络与和等离子体腔室有关的RF传送箱集成或将预匹配网络集成到和等离子体腔室有关的RF传送箱上。
14、一种提供用于驱动等离子体腔室的固定的阻抗变换网络的装置，包括：
适合于在有源RF匹配网络和与等离子体腔室相关的等离子体腔室负载之间连接的预匹配网络，其中预匹配网络适合于：
至少部分减小或消除对应于与等离子体腔室负载相关的电感的电抗，和
对有源RF匹配网络的输出呈现步进阻抗，以使所需的驱动等离子体腔室负载的电压减小。
15、如权利要求14的装置，其中预匹配网络包括：
第一电容性元件；
与第一电容性元件并联以形成平行电路的电感性元件；和
连接并联电路和适合于连接等离子体腔室负载的第二电容性的元件。
16、如权利要求15的装置，其中第一电容性元件和第二电容性元件中至少一个包括电容。
17、如权利要求15的装置，其中电感性元件包括线圈。
18、如权利要求15的装置，其中电感性元件包括抽头扼流器。
19、如权利要求14的装置，其中预匹配网络提供约为3∶1阻抗步进比。
20、如权利要求14的装置，其中预匹配网络提供约为4∶1阻抗步进比。
21、如权利要求14的装置，其中预匹配网络与有源RF匹配网络集成或集成到有源RF匹配网络上。
22、如权利要求14的装置，其中预匹配网络与等离子体腔室集成或集成到等离子体腔室上
23、如权利要求14的装置，其中预匹配网络与和等离子体腔室有关的RF传送箱集成或集成到RF传送箱上。
24、一种系统包括：
RF功率源；
连接到RF功率源且适合于从RF功率源接收RF信号的有源RF匹配网络；
具有等离子体腔室负载的等离子体腔室；和连接在有源RF匹配网络和等离子体腔室负载之间的预匹配网络，其中预匹配网络适合于：
至少部分减小或消除对应于与等离子体腔室负载相关的电感的电抗，和
对有源RF匹配网络的输出呈现步进阻抗，以使所需的驱动等离子体腔室负载的电压减小。
25、如权利要求24的系统，其中预匹配网络包括：
第一电容性元件；
与第一电容性元件并联以形成平行电路的电感性元件；和
连接并联电路和适合于连接等离子体腔室负载的第二电容性元件。
26、如权利要求25的装置，其中第一电容性元件和第二电容性元件中至少一个包括电容。
27、如权利要求25的装置，其中电感性元件包括线圈。
28、如权利要求25的装置，其中电感性元件包括抽头扼流器。
29、如权利要求24的装置，其中预匹配网络提供约为3∶1阻抗步进比。
30、如权利要求24的装置，其中预匹配网络提供约为4∶1阻抗步进比。
31、如权利要求24的装置，其中预匹配网络与有源RF匹配网络集成或集成到有源RF匹配网络上。
32、如权利要求24的装置，其中预匹配网络与等离子体腔室集成或集成到等离子体腔室上
33、如权利要求24的装置，其中预匹配网络与和等离子体腔室有关的RF传送箱集成或集成到RF传送箱上。
34、一种系统包括：
RF功率源；
连接到RF功率源且适应于从RF功率源接收RF信号的有源RF匹配网络；
具有等离子体腔室负载的等离子体腔室；和
在有源RF匹配网络和等离子体腔室负载之间连接的预匹配网络，其中预匹配网络包括：
第一电容性元件；
与第一电容性元件并联以形成并联电路的电感性元件，其对有源RF匹配网络的输出呈现步进阻抗，以使所需的驱动等离子体腔室负载的电压减小；和
连接并联电路和等离子体腔室负载的第二电容性元件，其中第二电容性元件至少部分减小或消除了对应于与等离子体腔室负载相关的电感的电抗。
35、如权利要求34的装置，其中第一电容性元件和第二电容性元件中至少一个包括电容。
36、如权利要求34的装置，其中电感性元件包括线圈。
37、如权利要求34的装置，其中电感性元件包括抽头扼流器。
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